- •1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их значения для биологии и медицины.
- •2. Первое, второе, третье начала термодинамики. Определение понятия «температура».
- •3. Термодинамика биологических систем. "Жизнь с точки зрения физики" (э. Шредингер). Теорема Пригожина. Функция диссипации.
- •4. Энтропия. Энтропия и вероятность, скорость продукции энтропии. Соотношение Онзагера между потоком и движущей силой есть взаимосвязь.
- •5. Вязкость жидкости. Уравнение Ньютона. Кровь как неньютоновская жидкость.
- •6. Течение вязкой жидкости по трубам. Уравнение Пуазейля. Гидравлическое сопротивление.
- •7. Ламинарное и турбулентное течение жидкости, число Рейнольдса.
- •8. Использование законов гидродинамики для описания движения крови по кровеносным сосудам с учетом ограничений. Уравнение Бернулли.
- •9. Строение стенок сосудов и их механические свойства. Закон Лапласа, уравнение Ламе. Функциональные группы сосудов.
- •10. Факторы, обеспечивающие движение крови по кровеносным сосудам. Влияние эластических свойств на гемодинамику. Роль эффекта компрессионной камеры.
- •11. Работа и мощность сердца.
- •13. Гидравлическое сопротивление в различных отделах кровеносной системы. Объемная и линейная скорость кровотока в зависимости от поперечного сечения сосудов.
- •15. Мембранология как наука. Определение понятия биологическая мембрана. Функции мембраны. Современная жидко – кристаллическая мозаичная модель мембраны.
- •16. Химический состав мембран. Липидные и белковые компоненты. Структура молекулы фосфолипида. Вода, как структурный компонент мембраны.
- •17. Текучесть липидного бислоя. Микровязкость мембран. Уравнения Стокса – Эйнштейна. Фазовые переходы в мембране. Значимость жидко – кристаллического состояния мембран для их функционирования.
- •18. Модельные мембранные системы. Использование липосом для транспорта лекарственных веществ.
- •19. Электронная микроскопия в исследовании биологических мембран. Устройство электронного микроскопа. Метод замораживания – скалывания, замораживания – травления.
- •20. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии. Применение его для изучения фазовых переходов в биологических мембранах.
- •21. Мембранный транспорт. Виды мембранного транспорта и их особенности.
- •22. Пассивный транспорт неэлектролитов – обычная диффузия. Уравнение Фика.
- •23. Облегченная диффузия. Кинетическая схема транспорта незаряженных частиц с учетом переносчика. Уравнение облегченной диффузии.
- •24. Возможные схемы прохождения ионов через мембраны клеток. Основные подходы для описания транспорта ионов. Структура ионных каналов.
- •25. Пассивный транспорт ионов. Уравнение Теорелла, Нернста – Планка.
- •28. Мембранный потенциал. Методы измерения мембранного потенциала. Микроэлектродная техника.
- •29. Возникновение потенциала покоя. Гипотеза Бернштейна. Уравнение Нернста. Уравнение Гольдмана – Ходжами – Катца. Эквивалентная электрическая схема мембраны.
- •30. Потенциал действия. Изменение проницаемости мембраны для ионов Na и k при генерировании потенциального действия.
- •31. Потенциал зависимые ионные каналы мембраны для k и Na. Структура, особенности функции. Изменение проницаемости мембраны для k и Na в различные фазы потенциального действия.
- •32. Свойства потенциала действия и его биологическое значение. Распределение нервного импульса по нервному волокну.
- •44. Биофизический механизм повреждающего воздействия ионизирующих излучений на биологические объекты.
13. Гидравлическое сопротивление в различных отделах кровеносной системы. Объемная и линейная скорость кровотока в зависимости от поперечного сечения сосудов.
Движение крови по сосудам (гемодинамика), как и движение любой жидкости, подчиняется закону гидродинамики в соответствии с которым жидкость течет от области большего давления к меньшему. Диаметр сосудов от аорты постепенно уменьшается, поэтому возрастает сопротивляемость сосудов току крови. Этому еще больше способствует вязкость и увеличивающее трение частиц крови между собой. Поэтому движение крови в разных участках сосудистой системы неодинаково и оно обуславливается следующими факторами:
1. Разницей давления в артериальных и венозных концах сосудов или в начале и в конце сосуда (Р1 - Р2), что способствует движению крови.
2. Сопротивлением просветов сосудов (Х), препятствующим току крови и получавшим название гидравлическое сопротивление. Давление – это сила, действующая со стороны крови на сосуды, приходящаяся на единицу площади: P = F/S. Объемная скорость (Q) – величина, численно равная объему жидкости, перетекающему в единицу времени через данное сечение трубы. Q = V/t, м3/c, Линейная скорость – путь, проходимый частицами крови в единицу времени: V = l/t, м/c. Линейная и объемная скорости связаны простым соотношением Q = V/ S, где S – площадь поперечного сечения потока жидкости. Так как жидкость несжимаемая (то есть ρ ее всюду одинакова, то через любое сечение трубы и в единицу времени протекает одинаковые объемы жидкости: Q = V S = постоянное – это называется условием неразрывности струи (вытекает из закона сохранения массы для несжимаемой жидкости). Это уравнение относится в равной мере к движению всякой жидкости, в точности и вязкой. Количество циркулирующей крови в организме постоянно, отсюда следует, что объемная скорость в любом сечении сосудистой системы так же постоянна: Q – постоянна. Гидравлическое сопротивление: X = 8ηl/(πR4), X тем больше, чем больше вязкость η, длина l трубы и меньше площадь поперечного сечения. Закон Пуазейля Q = πR4/8η • ∆P/l; ∆P = P1 – P2 – падение давления – это разность давлений у входа в трубку (P1) и на выходе из нее (P2) на расстояние l). ∆P = Q X, X зависит от радиуса сосуда X = 1/ R4 от сюда следует, Xаор : Xар : Xкап = 3000 : 500 : 1.
Наибольшая скорость в аорте (400–500 мм/с), по удалению от которой она уменьшается и уже в артериях составляет 150–200 мм/с, а в капиллярах всего лишь — 0,5 мм/с, так как общая сумма поперечных сечений всех функционирующих капилляров в 600—800 раз больше сечения аорты. Следовательно, чем больше общая величина площади сечения совокупности сосудов, тем меньшая линейная скорость кровотока. В венах эта скорость постепенно возрастает и в полых венах достигает уже 200 мм/с, так как суммарное поперечное сечение полых вен уменьшается.
Объем крови, протекающей за 1 мин по сосудам в любом участке замкнутой системы, одинаков: приток крови к сердцу равен его оттоку. Следовательно, низкая линейная скорость кровотока должна компенсироваться увеличением суммарного просвета сосудов. Сохранение постоянной объемной скорости кровотока при малом суммарном просвете сосудов происходит за счет высокой линейной скорости.
14. Эквивалентная электрическая модель сердечно-сосудистой системы. Дипольный генератор электрического поля. Уравнение для потенциала электрического поля дипольного генератора на поверхности объёмного проводника. Схема электрического поля сердца.
R
Так выглядит простейшая электрическая модель сердечно-сосудистой системы. Здесь источник U, дающий несинусоидальное переменное напряжение, служит аналогом сердца, выпрямитель D – сердечного клапана. Выпрямитель — преобразователь переменного электрического тока в постоянный электрический ток, сглаживает пульсацию. Конденсатор С в течение полупериода накапливает заряд, а затем разряжается на резистор R, таким образом происходит сглаживание силы тока, протекающего через резистор. Действие конденсатора аналогично действию упругого резервуара (аорты, артерии), который сглаживает колебание давления крови в артериолах и капиллярах. Резистор является электрическим аналогом периферической сосудистой системы.
R2 I2
U(t) C1 R3
Это электрический аналог модели Ростона. Здесь источник тока задает пульсирующее напряжение U(t), являющийся аналогом давления; С1 и С2 соответствуют упругостям; электрические сопротивления R1, R2, R3 – гидравлическим сопротивлениям; силы тока I1 и I2 – объемным скоростям крови.
Каждая клетка сердечной мышцы создаёт электрическое поле. Электрическое поле сердца в целом образуется наложением электрических полей отдельных клеток. Изменения электрического поля сердца происходят при деполяризации и реполяризации мембраны клеток сердца. Эти изменения достаточны, чтобы создать изменения разности потенциалов между различными точками поверхности тела и чтобы обнаружить указанные изменения на большом расстоянии от их источника.
Мембранный потенциал покоящейся клетки не вызывает появления потенциала в любой точке тела. Клетка, несущая импульс, может быть поделена на две части: покоящуюся и активную. Покоящаяся часть имеет неизменный мембранный потенциал. Активная часть имеет потенциал, равный величине потенциала действия. Переход между двумя частями происходит в какой-либо точке.
На рис. показана диаграмма осевого сечения клетки с волной деполяризации около центра (A). Электрический потенциал в любой внешней точке такой, какой мог бы быть получен, если бы заряды мембраны располагались в поперечном сечении (Б). Таким образом, каждая из возбужденных сердечных клеток представляет собой диполь, который имеет элементарный дипольный момент определенной величины и направления.
В любой момент возбуждения, дипольные моменты отдельных клеток суммируются, формируя суммарный дипольный момент всего сердца. Суммарный дипольный момент сердца является результатом наложения дипольных моментов клеток. Вот почему сердце можно рассматривать как дипольный электрический генератор.
Направление суммарного дипольного момента сердца часто называют электрической осью сердца. Этот дипольный момент определяет величину разности электрических потенциалов, записанную на поверхности тела. Электрический потенциал, измеренный в любой точке, отдалённой от источника, зависит главным образом от величины суммарного дипольного момента сердца и угла между его направлением и осью отведения ЭКГ.